基于arm的圖像采集無(wú)線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)修改稿

1、<p>　　2011屆畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　2011年 5 月 25 日</p><p>　題 目：基于ARM的圖像采集無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　專 ?業(yè)? 班? 級(jí)：2007 電子信息工程01 </p><p>　學(xué) ?? ?號(hào):學(xué)號(hào) 0704030113

2、 </p><p>　姓 ?名：姓名 李應(yīng)兵 </p><p>　指 導(dǎo) 教 師：鄭寬磊 講師 </p><p>　學(xué) 院 名 稱：電氣信息學(xué)院 </p><p>　　基于ARM的圖像采集無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　RESEARCH ON

3、IMAGE ACQUISITION AND WIRELESS</p><p>　　TRANSMISSION TECHNOLOGY BASED ON ARM</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　圖像采集技術(shù)一直是過(guò)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)，它的應(yīng)用范圍十分廣泛，如在銀行、商場(chǎng)、質(zhì)量檢測(cè)、交通管理等。傳統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)大

4、多數(shù)十有PC和圖像采集卡構(gòu)成的，其功能是將圖像信號(hào)采集到電腦中，以數(shù)據(jù)文件的形式保存在硬盤上。這種圖像采集系統(tǒng)成本一般較高，而且需要技術(shù)人員和維修人員來(lái)管理，費(fèi)用較高并且傳輸距離有限。例如在偏遠(yuǎn)的地帶、山區(qū)等惡劣的環(huán)境下，這種圖像采集系統(tǒng)很難正常工作。</p><p>　　近年來(lái)無(wú)線通信技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是嵌入式微處理器:ARM的出現(xiàn)和Limix在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中的廣泛應(yīng)用，使圖像采集系統(tǒng)的小型

5、化、低成本、低功耗成為可能。</p><p>　　目前圖像監(jiān)視系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)，有線圖像監(jiān)視方式受到了固有物理布線的限制, 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和基于TCP/IP的Internet技術(shù)結(jié)合在一起的無(wú)線遠(yuǎn)程圖像監(jiān)視系統(tǒng)則將實(shí)現(xiàn)在無(wú)線寬帶資源限制的情況下的實(shí)時(shí)傳輸視頻圖像。而圖像采集的硬件設(shè)計(jì)也很重要，主要包括NANDFLASH接口、SDRAM接口、USB接口、UART接口、LCD

6、接口等電路的設(shè)計(jì)。此外，系統(tǒng)的軟件則基于Eilipse的嵌入式集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的構(gòu)建，完成系統(tǒng)引導(dǎo)程序、Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)的移植工作，然后利用Video4linux完成圖像數(shù)據(jù)采集和JPEG壓縮編碼，最后根據(jù)GPRS模塊檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)動(dòng)態(tài)選用傳輸方式實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)采集無(wú)線傳輸工作，在服務(wù)器端由用戶控制系統(tǒng)接收?qǐng)D像。</p><p>　　關(guān)鍵詞：ARM； 圖像采集； 嵌入式系統(tǒng)； Linux； 無(wú)線傳輸； GPRS

7、</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Image acquisition technology has been a hot research topic at homeand abroad,it has wide range of applications,such as banks,shoppingcenters,qualit

8、y control,traffic management. Most of the traditional imageacquisition system is constitutive of PC and professional image capturecard, and by constructing private network for image capture andtransmission. This image a

9、cquisition system cost is generally higher,butalso need special maintenance,higher costs, and the transmission distanceis limited. In</p><p>　　image acquisition system is difficult to work. </p>&l

10、t;p>　　With the rapid development of wireless communication technologyand embedded systems technology in recent years, especially for theemergence of ARM and Linux is widely used in embedded systemenvironment. So it&

11、#39;s possible that the image acquisition systemminiaturization, low cost, low power.</p><p>　　Now picture monitoring system，cable image within the territory by the inheret surveillance way , with the

12、physical wiring limited development of the computer technology and communication technology , embedded system technology ,wireless communication technology and based on TCP/IP internet technology together inwireless remo

13、te image monitoring system will achieve in wireless broadband resources under the restriction of video images of the real-time transmission .And the image acquisition of hand</p><p>　　Keyword: ARM； image acq

14、uisition；embeddedsystem；Linux；wirelesstransmission；GPRS</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要- 1 -</p><p>　　Abstract- 1 -</p><p>　　第一章 緒論- 1 -</p>

15、<p>　　1.1 選題背景和意義- 1 -</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀- 1 -</p><p>　　1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容- 1 -</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)- 2 -</p><p>　　2.1 系統(tǒng)功能描述- 2 -</p><p>　　2.2 系統(tǒng)組成

16、- 2 -</p><p>　　2.3 關(guān)鍵器件的選型- 1 -</p><p>　　2.4 嵌入式操作系統(tǒng)的選型- 1 -</p><p>　　2.5 本章小結(jié)- 1 -</p><p>　　第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì).....- 2 -</p><p>　　3.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖- 2 -</p>

17、;<p>　　3.2 NAND FLASH接口電路設(shè)計(jì)- 2 -</p><p>　　3.3 SDRAM接口電路設(shè)計(jì)- 1 -</p><p>　　3.4 USB接口電路設(shè)計(jì)- 1 -</p><p>　　3.5 UART接口電路設(shè)計(jì)- 1 -</p><p>　　3.6 LCD的選擇及接口電路設(shè)計(jì)- 1 -

18、</p><p>　　3.7 本章小結(jié)- 1 -</p><p>　　第4章 基于Eclipse的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 2 -</p><p>　　4.1 構(gòu)建基于Eclipse的嵌入式軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境- 2 -</p><p>　　4.2 嵌入式linux系統(tǒng)的移植- 2 -</p><p>　　4.3 圖像采集程

19、序的實(shí)現(xiàn)- 1 -</p><p>　　4.4 GPRS介紹- 1 -</p><p>　　4.5 圖像數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)- 1 -</p><p>　　4.6 服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)- 2 -</p><p>　　4.7 本章小結(jié)- 2 -</p><p>　　第5章 總結(jié)與展望- 1 -</p>

20、<p>　　5.1 總結(jié)- 1 -</p><p>　　5.2 展望- 1 -</p><p><b>　　致謝- 1 -</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)- 1 -</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 選題

21、背景和意義</p><p>　　圖像在人們生活生產(chǎn)中無(wú)處不見(jiàn)，它在人類獲取的外部信息中占據(jù)著十分重要的角色。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在人類接收的信息中，視覺(jué)信息占70%以上?！鞍俾劜蝗缫灰?jiàn)”，在許多場(chǎng)合中，圖像所傳遞的信息要比其他任何形式更加豐富和真切。由此可見(jiàn)，圖像信息的地位是非常重要的。在工作和生活中我們常見(jiàn)的各類圖片都屬于圖像，它們是采用各種設(shè)備獲取并存儲(chǔ)起來(lái)的一種實(shí)體。而人類的視覺(jué)系統(tǒng)本身也是一個(gè)圖像的采集系統(tǒng)，它可以使

22、呈現(xiàn)在人們眼前的景象在人們的大腦中產(chǎn)生一個(gè)具體的圖像[1]。</p><p>　　近年來(lái)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的飛速發(fā)展更為圖像采集與處理系統(tǒng)的發(fā)展提供了無(wú)限的動(dòng)力。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、使用于應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[2]。ARM (Advanced RISC Machines )是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志性產(chǎn)物。ARM是目前世界領(lǐng)先的

23、32位嵌入式微處理器，占據(jù)了大約75%的市場(chǎng)份額[3]。本系統(tǒng)采用的就是三星公司生產(chǎn)的基于ARM920T芯核的一款嵌入式微處理器S3C2440。它的主頻可以達(dá)到400MHz，已經(jīng)可以滿足對(duì)圖像數(shù)據(jù)的編碼壓縮的要求。另外，各種嵌入式操作系統(tǒng)的涌現(xiàn)也極大的促進(jìn)了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展[4]，使用嵌入式操作系統(tǒng)可以大大減小系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　圖像采集作為近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)受到了越來(lái)越

24、多的關(guān)注[5]。特別是無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，使人們的信息溝通實(shí)現(xiàn)了“隨時(shí)隨地”，同時(shí)也希望能夠隨時(shí)隨地了解目標(biāo)場(chǎng)所的狀況[6]。另外人們生活水平的不斷提高，也使得數(shù)字化家庭開(kāi)始誕生。</p><p>　　在這種背景下，設(shè)計(jì)一種輕便小巧、低生產(chǎn)成本、低功耗的圖像采集系統(tǒng)來(lái)采集、存儲(chǔ)、傳輸并顯示所需的圖像就顯得十分必要。針對(duì)這種情況，本課題提出一種基于ARM的圖像采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。它是以嵌入式</p&

25、gt;<p>　　技術(shù)為核心，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)，迎合了目前市場(chǎng)的需求，可以滿足目前人們對(duì)生產(chǎn)、生活中對(duì)目標(biāo)場(chǎng)地的隨時(shí)監(jiān)控的要求。與傳統(tǒng)的圖像監(jiān)控系統(tǒng)相比，它應(yīng)具有體積小，安裝方便，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需專人值守，成本低，穩(wěn)定性高等特點(diǎn)[7]。在未來(lái)的安保、智能交通管理、產(chǎn)品檢測(cè)、海關(guān)檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)督、家庭防護(hù)等各個(gè)方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p>

26、<p>　　圖像采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分:采集部分和傳輸部分。本文主要從這個(gè)兩個(gè)方面進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2.1 圖像采集技術(shù)</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外圖像采集與處理將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)PCI或其它總線由上位機(jī)進(jìn)行圖像處理。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是:充分利用了PC機(jī)豐富的軟硬件資源、易于開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)，它的缺點(diǎn)是:整個(gè)系統(tǒng)硬件連接復(fù)雜，不利于小型

27、化，而且對(duì)人力、成本等要求較高[8][9]。</p><p>　　隨著嵌入式微處理器技術(shù)的發(fā)展，嵌入式微處理器的運(yùn)算速度已經(jīng)大幅提高。本課題采用圖像傳感器與微處理器的方式來(lái)完成圖像的采集模塊的設(shè)計(jì)，并在系統(tǒng)中采用嵌入式操作系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了圖像數(shù)據(jù)的高速采集，而且降低了系統(tǒng)成本，系統(tǒng)功能易于擴(kuò)充，為系統(tǒng)再次功能擴(kuò)充留下了空間[10][11]。</p><p>　　1.2.2 圖像數(shù)據(jù)的無(wú)線傳

28、輸</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)募夹g(shù)主要有:紅外線無(wú)線技術(shù)、藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)、GSM, CDMA, GPRS等[12]。</p><p>　　(1)紅外線無(wú)線技術(shù)</p><p>　　紅外線是波長(zhǎng)在750nm～1mm之間的電磁波，它的頻率高于微波而低于可見(jiàn)光，是一種人用肉眼看不到的光。紅外通信一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長(zhǎng)在0.7um～25u

29、m之間[13]。目前使用的家電遙控器幾乎都是采用紅外線傳輸技術(shù)。使用紅外線做信號(hào)載波的優(yōu)點(diǎn)很多:成本低、傳播范圍和方向及距離可以控制、不產(chǎn)生電磁輻射千擾，也不受干擾等等。隨著紅外線技術(shù)的日益成熟，</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的日益規(guī)范，紅外線在通訊上的應(yīng)用也就日益增多[14]。</p><p>　　(2）藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)</p><p>　　藍(lán)牙是一種技術(shù)的名稱，它來(lái)

30、源于公元10世紀(jì)丹麥的一位國(guó)王Harold，他的綽號(hào)就叫“Bluetooth"[15]。藍(lán)牙是一種低功耗、短距離無(wú)線通信技術(shù)，其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是建立全球通用的短距離無(wú)線電空中接口以及控制軟件的公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn);其目的是要取代現(xiàn)有的傳統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、打印機(jī)、移動(dòng)電話等設(shè)備之間互聯(lián)的有線電纜，使其形成一個(gè)微型的個(gè)人小型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而方便地實(shí)現(xiàn)各個(gè)電子設(shè)備之間的無(wú)線通信[16]。</p><p><b>　

31、　(3)GSM</b></p><p>　　GSM(Global System for Mobile communications)，即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，是世界上采用最多的數(shù)字移動(dòng)通信制式，我國(guó)最大的移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商一中國(guó)移動(dòng)通信業(yè)采用的也是GSM。GSM是第二代((2G)移動(dòng)通信技術(shù)的代表，它可以使用的頻率為900MHz, 1800MHz和1900MHz，我們國(guó)內(nèi)主要采用的是900MHz和1800MH

32、z，簡(jiǎn)稱GSM900和DCS 1800。頻帶寬度為25MHz(對(duì)900MHz頻段而言);通信方式為FDD頻分全雙工。雙工通信時(shí)收、發(fā)頻率間隔45MHz。信息數(shù)字結(jié)構(gòu)為時(shí)分多址幀結(jié)構(gòu)。每幀為一個(gè)載波，分為8個(gè)時(shí)隙，全速率信道8個(gè)，半速率信道16個(gè)；調(diào)制方式為高斯低通最小頻移鍵控(GMSK)，調(diào)制指數(shù)為0.3 ；采用數(shù)字話音，其編碼方式為規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)線性預(yù)測(cè)編碼(RPE-LTP)，速率為13kb/s；每時(shí)隙信道比特率為22.8kb/s，信

33、道總速率為270.83kb/s；數(shù)據(jù)速率為9.6kb/s。GSM系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)((NSS)，基站子系統(tǒng)((BSS)以及移動(dòng)終端設(shè)備(MS)三大部分組成[17]。</p><p><b>　　(4)CDMA</b></p><p>　　在上個(gè)世紀(jì)八十年代，即第二代移動(dòng)通信迅速發(fā)展時(shí)期，提出了兩個(gè)重要的移動(dòng)通信體制，一種是TDMA體制，另一種就是CDMA。CDM

34、A是一種以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的調(diào)制和多址連接技術(shù)。在信號(hào)的發(fā)送端使用一個(gè)自相關(guān)性較強(qiáng)而互相關(guān)較小的高速偽隨機(jī)碼作為地址碼，與要傳輸?shù)挠脩粜畔?shù)據(jù)相乘。在接收端，以本地產(chǎn)生的、與發(fā)送端相同的地址碼與接收到的信號(hào)相乘，經(jīng)過(guò)相關(guān)檢測(cè)，就能將擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)，將原始用戶信息數(shù)據(jù)給恢復(fù)出來(lái)。 </p><p><b>　　(5)GPRS</b></p><p>　　GPRS(Gener

35、al Packet Radio Service)即通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，由英國(guó)BT Cellnet公司最早在1993年提出，是GSM Phase2規(guī)范定義實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一。它是一種基于GSM的面向用戶提供移動(dòng)分組的IP或者 X.25連接的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)。GPRS沒(méi)有取代目前GSM網(wǎng)絡(luò)支持的CSD(電路交換數(shù)據(jù))和SMS(短消息)等業(yè)務(wù)，而是對(duì)目前GSM網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充。GPRS是GSM向3G系統(tǒng)演進(jìn)的重要一環(huán)，它既考慮了向第三代系統(tǒng)的過(guò)渡，同時(shí)

36、又兼顧了現(xiàn)有的第二代系統(tǒng)，是第二代GSM系統(tǒng)過(guò)渡到第三代WCDMA系統(tǒng)的必經(jīng)之路，所以GPRS又稱為2.5G。GPRS分組業(yè)務(wù)信道采用了與GSM不同的CS＿I～CS＿4等編碼方式(其數(shù)據(jù)速率分別為9.0Skbit/s, 13.4kbit/s, 15.6kbit/s, 21.4kbit/s )。采用編碼方式為CS-4時(shí)，且無(wú)線環(huán)境良好，信道充足的情況下，可以實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)支持的理論最高速率171.2kbps，這種速率完全可以支持一些多媒

37、體圖像傳輸業(yè)務(wù)等對(duì)帶寬要求較高的應(yīng)用業(yè)務(wù)。但實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率受網(wǎng)絡(luò)編碼方式和終端支持的因素影響，CS</p><p>　　綜合以上幾種無(wú)線傳輸技術(shù)的比較，并根據(jù)本系統(tǒng)對(duì)成本和傳輸距離的要求，另外由于國(guó)內(nèi)GPRS的網(wǎng)絡(luò)用戶遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于CDMA，且GPRS的信號(hào)強(qiáng)度要好于CDMA，本系統(tǒng)選擇GPRS作為圖像數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸方式。</p><p>　　1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容</p>&

38、lt;p>　　本課題針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外圖像監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀提出了一種基于ARM的圖像采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)研究嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)，以及具體的市場(chǎng)需求情況，研究一種適用于圖像監(jiān)控、安全保障的圖像采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)。本課題的主要研究?jī)?nèi)容有:</p><p>　　(1)搜集相關(guān)資料，分析目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的圖像采集系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。</p><p>　　(2)進(jìn)行系統(tǒng)

39、的總體設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的功能模塊劃分，選擇關(guān)鍵模塊器件的型號(hào)。</p><p>　　(3)進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，主要有NAND FLASH接口電路、SDRAM接口電路、USB接口電路、DART接口電路、LCD接口電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　(4)構(gòu)建基于Eclipse的嵌入式集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。</p><p>　　(5)進(jìn)行嵌入式Linux的移植，主要工作

40、有系統(tǒng)引導(dǎo)程序的移植、Linux內(nèi)核的移植和文件系統(tǒng)的移植。</p><p>　　(6)進(jìn)行圖像采集程序的編寫。</p><p>　　(7)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸程序的編寫。</p><p>　　(8)進(jìn)行服務(wù)器端接收及控制程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　本課題提出的基于ARM及嵌入式linux環(huán)境下的圖像采集與傳輸系統(tǒng)具有低成本、低功耗、易布

41、設(shè)、系統(tǒng)易擴(kuò)展等特點(diǎn)。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)功能描述</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的基于ARM的圖像采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)，主要是為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)圖像采集系統(tǒng)中存在的成本較高、功耗較高、不易布設(shè)等缺點(diǎn)。系統(tǒng)采用嵌入式處理器ARM作為控制器，圖像數(shù)據(jù)由圖像傳感器采集后，由嵌入式處理器對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行JPEG編碼壓縮處理后，

42、利用GPRS模塊發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器中，在服務(wù)器端可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)接收或單幅接收的控制。在完成圖像采集與無(wú)線傳輸?shù)耐瑫r(shí)，系統(tǒng)還必須滿足低成本、低功耗的要求。</p><p><b>　　2.2 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　一個(gè)完整圖像采集系統(tǒng)應(yīng)該包括圖像數(shù)據(jù)采集，對(duì)圖像數(shù)據(jù)的處理，圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及整個(gè)系統(tǒng)的控制等模塊。本系統(tǒng)以嵌入式微處理器ARM為控制核心，以圖像

43、傳感器為圖像數(shù)據(jù)的獲取設(shè)備，以GPRS模塊為圖像數(shù)據(jù)的發(fā)送設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可以分為三層:硬件層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用層。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。可以將系統(tǒng)劃分為五個(gè)主要部分:控制模塊、圖像采集模塊、GPRS模塊、顯示模塊、電源及存儲(chǔ)模塊。系統(tǒng)在嵌入式微處理器的控制下從圖像傳感器采集圖像數(shù)據(jù)，采用DMA方式將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)存緩沖區(qū)中，由軟件將圖像數(shù)據(jù)讀出并對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行JPEG壓縮和打包處理后存入Flash中，最后通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)

44、送到遠(yuǎn)程接收端服務(wù)器。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是如何保證內(nèi)存中圖像數(shù)據(jù)的讀取與圖像傳感器獲取圖像數(shù)據(jù)的同步以及圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。系統(tǒng)采用的嵌入式處理器ARM必須具備較強(qiáng)的處理能力，以便于完成圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理的需求，并要求系統(tǒng)的成本比傳統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)低 。</p><p>　　2.3 關(guān)鍵器件的選型</p><p>　　2.3.1 嵌入式微處理器ARM的選型</p><p&

45、gt;　　ARM公司自從1990年在英國(guó)劍橋成立以來(lái)，在32位RISC(ReducedInstruction Set Computer)CPU開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)從V3發(fā)展到V6。目前非常流行的ARM芯核有ARM7TDMI, StrongARM, ARM720T, ARM9TDMI, ARM922T,ARM940T, ARM946T, ARM966T, ARMIOTDMI等。另外ARM芯片還獲得了許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real

46、 Time Operating System)供應(yīng)商的支持，比較著名的有Windows CE, Linux, pSOS、VxWorks, Nucleus, EPOC, uC/OS、Beos等[18]。我們?cè)谶x擇ARM芯片時(shí)主要參考以下因素:</p><p><b>　　(1) ARM芯核</b></p><p>　　如果希望使用嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)減少軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間，就需要

47、選擇ARM720T</p><p>　　以上帶有MMU ( Memory Management Unit )功能的ARM芯片。目前只有uCLinux等少數(shù)幾種Linux不需要MMU的支持。</p><p><b>　　(2)功能</b></p><p>　　不同的系統(tǒng)需要各不相同，在選取就需要考慮處理器本身所能支持的功能，如USB, DART、

48、液晶顯示等。</p><p><b>　　(3)性能</b></p><p>　　主要是從處理器的功耗、運(yùn)算速度、穩(wěn)定可靠性等方面考慮。</p><p><b>　　(4)價(jià)格</b></p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，在產(chǎn)品完成預(yù)定功能的情況下，都是希望成本越低越好。但在選取時(shí)需要考慮處理器的價(jià)格以及

49、由處理器而衍生出的開(kāi)發(fā)價(jià)格，如開(kāi)發(fā)工具、外圍芯片等。</p><p>　　(5)熟悉程度和開(kāi)發(fā)資源</p><p>　　選擇一款自己熟悉的處理器可以大大減少開(kāi)發(fā)的難度和周期，并降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。在自己熟悉的處理器都無(wú)法滿足的情況下，則應(yīng)盡量選擇開(kāi)發(fā)資源較豐富的處理器。</p><p><b>　　(6)是否可升級(jí)</b></p>&l

50、t;p>　　為了系統(tǒng)在以后的升級(jí)方便，應(yīng)盡量選取具有相同封裝的不同性能等級(jí)的處理器，并考慮系統(tǒng)未來(lái)可能會(huì)增加的功能。</p><p><b>　　(7)供貨穩(wěn)定性</b></p><p>　　供貨是否穩(wěn)定也是選取處理器時(shí)應(yīng)考慮的一個(gè)重要因素，應(yīng)盡量選取大廠家、通用性較好的芯片?；谝陨细鞣N因素，本課題選擇三星公司的S3C2440作為嵌入式微處理器。S3C2440

51、采用了ARM920T的內(nèi)核，0.13um的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元，芯片內(nèi)部集成了16KB的指令Cache和16KB的數(shù)據(jù)Cache，外部存儲(chǔ)控制器，LCD控制器，4通道DMA并有外部請(qǐng)求引腳，3通道DART, 2通道SPI, 1通道IIC-BUS接口，AC97解碼器接口，2端口USB主機(jī)//1端口USB設(shè)備，4通道P WM定時(shí)器和1通道內(nèi)部定時(shí)器，看門狗定時(shí)器，8通道10位ADC和觸摸屏接口等[19]。</p>

52、<p>　　2.3.2 圖像采集模塊的選型</p><p>　　目前主要的圖像傳感器分兩類:CCD(Charge Coupled Device)和CMOS(Complementary Metallic Oxide Semiconductor)。CCD使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以

53、輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，從而可以借助與計(jì)算機(jī)中豐富的軟硬件資源，根據(jù)需要對(duì)圖像進(jìn)行處理。CCD主要由一個(gè)類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片，以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。CMOS也是一種可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)相比較與CCD來(lái)講簡(jiǎn)單的多，與一般計(jì)算機(jī)芯片沒(méi)有多大差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素做成，使其在CMOS上共存著帶N(帶負(fù)電)和P(帶正電)級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像

54、。在相同分辨率下，CMOS的價(jià)格比CCD便宜的多，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來(lái)說(shuō)要低一些[20]。目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)高端數(shù)碼相機(jī)都使用CCD作為感應(yīng)器;CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上。與C</p><p>　　2.3.3 GPRS模塊的選型</p><p>　　目前無(wú)線通信品種較多，常見(jiàn)的無(wú)線模塊分成GPRS, CDMA, GSM, EDGE等模塊。這些無(wú)線模

55、塊廣泛應(yīng)用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，電力GPRS ( CDMA)通信系統(tǒng)、鐵</p><p>　　路GPRS ( CDMA)通信系統(tǒng)，無(wú)線監(jiān)控，GPRS智能交通系統(tǒng)等無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域等行業(yè)。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常見(jiàn)的無(wú)線模塊品牌主要有:西門子、華為、摩托羅拉、飛圖、展迅、Enfora、明基、SIMCOM, Wavecom等。本課題選用Wavecom公司的GPRS模塊Q2406B，如圖2-2所示。</p><p

56、>　　圖2-2 Q2406實(shí)物圖</p><p>　　GPRS模塊Q2406B是一塊雙頻GSM / GPRS模塊，內(nèi)嵌協(xié)議棧，執(zhí)行ETSIGSM Phase 2+的標(biāo)準(zhǔn)，類別4 ( 2W@900MHz )，類別1(1 W@ 1800/1900MHz )外部3V/SVSIM。由于GPRS模塊Q2406內(nèi)嵌了協(xié)議棧，所以進(jìn)行軟件編寫時(shí)就可以省去協(xié)議棧的編寫或移植，這樣就節(jié)省了大量的軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間[21]。<

57、/p><p>　　2.4 嵌入式操作系統(tǒng)的選型</p><p>　　選擇linux的原因有： </p><p>　　(1)可應(yīng)用于多種硬件平臺(tái)。Linux已經(jīng)被移植到多種硬件平臺(tái)，這對(duì)受開(kāi)銷、時(shí)間限制的研究與開(kāi)發(fā)項(xiàng)目很有吸引力。原型可以在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)然后移植到具體的硬件上，加快了軟件與硬件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。</p><p>　　(2)Linux可以隨

58、意地配置，不需要任何的許可證或商家的合作關(guān)系。</p><p>　　(3)它是免費(fèi)的，源代碼可以得到。這是最吸引人的。毫無(wú)疑問(wèn)，節(jié)省大量的開(kāi)發(fā)費(fèi)用。</p><p>　　(4) Linux它本身內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)支持。</p><p>　　(5)Linux的高度模塊化使添加部件非常容易。</p><p>　　(6)Linux在臺(tái)式機(jī)上的成功，使大家看到

59、了linux在嵌入式系統(tǒng)中的輝煌前景。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，并詳細(xì)介紹了基于ARM的圖像采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)的組成，詳細(xì)分析了系統(tǒng)關(guān)鍵器件的選擇原則，選定了本系統(tǒng)所采用的嵌入式微處理器、圖像采集模塊、GPRS模塊，最后介紹了本系統(tǒng)所采用的嵌入式Linux，以及選擇嵌入式Linux作為系

60、統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)的原因。</p><p>　　第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　本系統(tǒng)以嵌入式微處理器S3C2440為系統(tǒng)控制中心，當(dāng)USB接口攝像頭獲取圖像數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)S3C2440的壓縮處理后，利用串口將圖像數(shù)據(jù)送至GPRS模塊Q2406B發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。系統(tǒng)的硬件框圖如圖3-1所示。</p>

61、<p>　　3.2 NAND FLASH接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 NAND FLASH和S3C2440 NAND FLASH控制器分析</p><p>　　NAND FLASH在嵌入式系統(tǒng)中的地位與PC上的硬盤類似，用來(lái)保存系統(tǒng)運(yùn)行所必須的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、用戶數(shù)據(jù)、運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，并且在系統(tǒng)電源關(guān)閉后NAND FLASH中的數(shù)據(jù)可以在掉電狀態(tài)

62、下永久保存。本課題選用的NAND FLASH芯片是三星公司生產(chǎn)的容量為64MB的K9F1208UOM[22]。K9F1208UOM的封裝及外部引腳如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-3K9F1208UOM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　K9F1208UOM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為10個(gè)功能部件:</p><p>　　(1)X-Buffers Latche&D

63、ecoders:用于行地址</p><p>　　（2）Y Buffers Latche&Decoders:用于行地址。</p><p>　　（3）Command Register:用于命令字。</p><p>　?。?）Control Logic & High Voltage Generator:控制邏輯及產(chǎn)生Flash所需高壓。 (5)Nand F

64、lash:存儲(chǔ)部件。 </p><p>　　( 6 ) Page Register & S/A:頁(yè)寄存器，當(dāng)讀、寫某頁(yè)時(shí)，會(huì)將數(shù)據(jù)先讀入/寫入此寄存器，大小為528字節(jié)。</p><p>　　(7)Y Gating 。</p><p>　　(8)I/O Buffers&Latches 。</p><p>　　(9)Glo

65、bal Buffers 。</p><p>　　(10)Output Driver 。</p><p>　　K9F1208UOM的容量為64M X 8bit，分為131072行(頁(yè))、528列;每一頁(yè)大小為512字節(jié)，外加16字節(jié)的額外空間。K9F 1208UOM的命令、地址、數(shù)據(jù)都通過(guò)8個(gè)I/O口輸入/輸出，這種形式使得K9F1208UOM引腳得到減少，并易于擴(kuò)展系統(tǒng)容量。寫入命令、地址

66、或數(shù)據(jù)時(shí)，都需要將WE#, CE#信號(hào)同時(shí)拉低。數(shù)據(jù)在WE#信號(hào)的上升沿被NAND Flash存;命令鎖存信號(hào)CLE、地址鎖存信號(hào)ALE用來(lái)分辨、鎖存命令或地址。NAND Flash時(shí)需要發(fā)送命令，然后發(fā)出地址序列，最后讀/寫數(shù)據(jù);需要使用各個(gè)使能信號(hào)來(lái)分辨是命令、地址還是數(shù)據(jù)[23]。S3C2440的NAND Flash控制器提供了NFCONF, NFCONT, NFCMMD, NFADDR, NFDATA, NFSTA'I，

67、和其他與ECC有關(guān)的寄存器。NAND Flash的讀寫操作順序如下:</p><p>　　(1)設(shè)置NFCONF, NFCONT寄存器，配置NAND Flash。</p><p>　　(2)向NFCMD寄存器寫入命令。</p><p>　　(3)向NFADDR寄存器吸入地址。</p><p>　　(4)讀/寫數(shù)據(jù):寄存器寫入地址。通過(guò)寄存器N

68、FSTAT檢測(cè)NAND Flash的狀態(tài)，在啟動(dòng)某個(gè)操作后，檢測(cè)R/nB信號(hào)以確定該操作是否完成、是否成功。</p><p>　　3.2.2 NAND FLASH接口電路</p><p>　　S3C2440與K9F1208UOM的接口電路如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4K9F1208UOM與S3C2400的連線圖</p><p>

69、;　　如圖3-4所示，K9F1208UOM與S3C2440的連線有:8個(gè)v0引腳(voowo}>,S個(gè)使能信號(hào)((nWE, ALE, CLE, nCE, nRE), 1個(gè)狀態(tài)引腳(RDY/B)，另外還有1個(gè)寫保護(hù)引腳((nWP)。地址、數(shù)據(jù)和命令都是在這些使能信號(hào)的配合下，通過(guò)8個(gè)I/O引腳傳輸。</p><p>　　3.3 SDRAM接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 S

70、3C2440存儲(chǔ)控制器分析</p><p>　　S3C2440的存儲(chǔ)控制器提供了訪問(wèn)外部設(shè)備所需的信號(hào)，它具有如下特性:支持?jǐn)?shù)據(jù)的大端、小端存儲(chǔ)模式(可以通過(guò)軟件設(shè)置);每個(gè)BANK的地址空間為128MB，總共1 GB(BBANKs)；可編程控制的總線位寬(8/16/32-bit)，不過(guò)BANKO只能選擇兩種位寬(8/16-bit)；共計(jì)8個(gè)BANK } BANKO～BANKS可以支持外接ROM, SRAM等，B

71、ANK6～BANK7除可以支持ROM, SRAM外，還支持SDRAM等；BANKO～BANK6共7個(gè)BANK的起始地址是固定的；BANK7的起始地址可編程選擇;BANK6, BANK的地址空間大小是可編程控制的；每個(gè)BANK的訪問(wèn)周期均可編程控制；可以通過(guò)外部的“wait”信號(hào)延長(zhǎng)總線的訪問(wèn)周期;在外接SDRAM時(shí)，支持自刷新和省電模式。S3C2440在系統(tǒng)復(fù)位后的存儲(chǔ)控制器的地址空間分布</p><p><

72、;b>　　如圖3-5所示</b></p><p>　　3.3.2 SDRAM的選擇及接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　目前SDRAM生產(chǎn)廠家眾多，所以選擇一款合適的SDRAM芯片對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也是十分重要的。選用的SDR.AM是兩片三星公司生產(chǎn)的K4S561632A(4M16bit4Banks)。通過(guò)并聯(lián)兩片16位的K4S561632A從而組成32位的位寬，與S3C24

73、40的32條數(shù)據(jù)線(DATAO～DATA 1)相連。S3C2440的存儲(chǔ)控制器中BANK6為擴(kuò)展SDRAM所用，因?yàn)锽ANK6的起始地址為0x30000000, 所以系統(tǒng)中SDRAM的起始地址也為Ox30000000。</p><p>　　圖3-6 兩片K4S561632A與S3C2440的連線圖</p><p>　　3.4 USB接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　

74、S3C2440中集成了2個(gè)USB主機(jī)接口和1個(gè)USB設(shè)備接口。USB主機(jī)接口遵從OHCI Rev.1.0標(biāo)準(zhǔn)，兼容USB Verl.l標(biāo)準(zhǔn)。USB設(shè)備接口具備5個(gè)Endpoint兼容USB Verl.l標(biāo)準(zhǔn)。由于本課題中只有USB接口攝像頭需要USB接口，所以1個(gè)USB主機(jī)接口就可以了，另外，為了便于系統(tǒng)調(diào)試，再增加1個(gè)USB設(shè)備接口，用來(lái)下載嵌入式Linux鏡像使用。S3C2440中擴(kuò)展USB接口十分方便，只要按照USB Verl.l

75、標(biāo)準(zhǔn)連接即可[24]。</p><p>　　圖3-7 S3C2440與USB設(shè)備的鏈接框圖</p><p>　　3.5 UART接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　S3C2440中集成了3個(gè)相互獨(dú)立的DART (IrDAI.0,64字節(jié)Tx FIFO和64字節(jié)Rx FIFO )，每個(gè)DART都可以單獨(dú)地在中斷或是DMA模式下操作，也就是說(shuō)DART可以生產(chǎn)一個(gè)中斷或DM

76、A請(qǐng)求用于CPU和DART之間的數(shù)據(jù)傳輸。UART使用系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)可以支持最高115.2Kbps的波特率。如果外部設(shè)備提供UEXTCLK給UART，則DART可以工作在更高的速率。S3C2440可以通過(guò)RS232-C標(biāo)準(zhǔn)接口很容易實(shí)現(xiàn)和其他設(shè)備、模塊的連接，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出。本系統(tǒng)中DART接口的主要用途是連接GPRS模塊Q2406B。由于RS232-C標(biāo)準(zhǔn)與S3C2440中所定義的高、低電平信號(hào)不同，所以還要進(jìn)行信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換。這

77、里我們采用MAX3232來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　DART接口電路框圖：</p><p>　　圖3-8 DATR的接口電路框圖</p><p>　　3.6 LCD的選擇及接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　S3C2440中集成了LCD控制器，被用來(lái)向LCD傳輸圖像數(shù)據(jù)，并提供必要的控制信號(hào)，比如VFRAME, VLINE, VCLK, VM

78、等。S3C2440支持兩種LCD:TFT LCD和STN LCD，它們的特性如下(BPP表示bit per pixel，即每個(gè)色素使用多少位來(lái)表示其顏色)。</p><p>　　(1) TFT ( Thin-Film Transistor薄膜晶體管)LCDTFT LCD支持單色(1BPP), 4級(jí)灰度( 2BPP ), 16級(jí)灰度(4BPP ) , 256色(BBPP)的調(diào)色板顯示模式;支持64K (16BPP)

79、和16M (24BPP)色非調(diào)色板顯示模式;支持分辨率為640 X 480,320 X 240及其他多種規(guī)格的LCD;虛擬屏幕最大可達(dá)4MB;對(duì)于64K色，分辨率有2048 X 1024等多種。</p><p>　　（2）STN ( Super Twisted Nematic超扭曲相列)LCD。STN LCD支持3種掃描方式:4位單掃描、4位雙掃描和8位單掃描;支持單色(1BPP), 4級(jí)灰度(2BPP)和16級(jí)

80、灰度(4BPP)屏;支持256色(8BPP)和4096色(12BPP)彩色STN屏(CSTN);支持分辨率為640480, 320240, 160160以及其他規(guī)格的多種LCD、虛擬屏幕最大可達(dá)4MB:對(duì)于256色，分辨率有4096 1024, 20482048, 10244096等多種。S3C2440集成的LCD控制器除了提供驅(qū)動(dòng)STN LCD, TFT LCD所需的所有信號(hào)，另外，還特別提供額外的信號(hào)以支持SEC公司(( Samsu

81、ng ElectronicsCompany)生產(chǎn)的TFT LCD(稱為SEC TFT LCDs )。S3C2440 LCD控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖</p><p>　　REGBANK是LCD控制器的寄存器組，含17個(gè)寄存器及一塊256 X 16的調(diào)色板內(nèi)存，用來(lái)設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)。而LCDCDMA則是LCD控制器專用的DMA信道，可以自動(dòng)地從系統(tǒng)總線上取到圖像數(shù)據(jù)，這使得顯示圖像時(shí)不需要CPU的干涉。VIDPRCS將LCD

82、CDMA中的數(shù)據(jù)組合成特點(diǎn)的格式，比如4位單掃描等，然后從</p><p>　　VD[0:23)發(fā)送給LCD屏。同時(shí)TIMEGEN和LPC3600負(fù)責(zé)產(chǎn)生LCD屏所需要的控制時(shí)序，例如VSYNC, HSYNC, VCLK, VDEN，然后從VIDEO MUX送給LCD屏。其中LPC3600專用于SEC TFT LCD。為增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，特意采用一個(gè)50口的LCD接口將S3C2440 LCD控制器提供的LCD控

83、制信號(hào)全部引出，只需要通過(guò)</p><p>　　對(duì)LCD控制器編程即可支持不同廠家生產(chǎn)的多種LCD。系統(tǒng)LCD接口如圖3-10所示。圖中LEND為行結(jié)束信號(hào)，VCLK為L(zhǎng)CD時(shí)鐘信號(hào)，VLINE, VFRAME,VM為L(zhǎng)CD提供線信號(hào)、幀信號(hào)和數(shù)據(jù)輸出使能信號(hào)，VSYNC, HSYNC, VDEN為L(zhǎng)CD提供垂直同步信號(hào)、水平同步信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始信號(hào)，LCD LPCOE,LCD LPCREV, LCD LPCR

84、EVB為L(zhǎng)CD提供時(shí)鐘控制信號(hào)，LCD POWER為L(zhǎng)CD提供SV的直流電源[25]。另外，TSXM, TSXP, TSYM, TSYP為觸摸屏控制信號(hào)。</p><p><b>　　3.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，按照劃分的硬件系統(tǒng)模塊依次對(duì)NAND FLASH接口、SDRAM接口、USB接口、DART接口及LCD接口

85、的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的討論。</p><p>　　第4章 基于Eclipse的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 構(gòu)建基于Eclipse的嵌入式軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境</p><p>　　Eclipse是著名的跨平臺(tái)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境((IDE)，最初是由IBM公司開(kāi)發(fā)替代商業(yè)軟件Visual Age For Java的下一代開(kāi)發(fā)環(huán)境。2001年，IBM將Eclipse貢獻(xiàn)

86、給開(kāi)源社區(qū)，現(xiàn)在由Eclipse基金會(huì)管理。2005年7月，Eclipse穩(wěn)定版3.1.0發(fā)布。Eclipse本身只是一個(gè)框架平臺(tái)，最初主要用于java語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)。但是眾多插件的支持使得Eclipse同樣可以用來(lái)開(kāi)發(fā)其他的語(yǔ)言，如c/c++, c#, pert, cobol的等等。cdt(c/c++ development toolkit)就是支持c/c一開(kāi)發(fā)的插件。許多軟件開(kāi)發(fā)商也以Eclipse為框架推出了自己的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。例如風(fēng)

87、河(Wind River)公司開(kāi)發(fā)的嵌入式IDE(集成開(kāi)發(fā)環(huán)境)IDE Workbench2.0就是基于Eclipse平臺(tái)設(shè)計(jì)的。Eclipse是一個(gè)開(kāi)放源代碼的，基于插件(plug-in)的擴(kuò)展性框架的最大的特點(diǎn)就是可擴(kuò)展性。Eclipse的擴(kuò)展性是通過(guò)擴(kuò)展點(diǎn)機(jī)制提供了插件組合的靈活性和擴(kuò)展性。插件是一個(gè)結(jié)構(gòu)化組件，同時(shí)也是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)最小的一個(gè)管理單元，擁有完整的生命周期</p><p>　　4.2 嵌入式li

88、nux系統(tǒng)的移植</p><p>　　4.2.1 系統(tǒng)引導(dǎo)程序Bootloader的移植</p><p>　　Bootloader是在系統(tǒng)上電開(kāi)始時(shí)執(zhí)行的一段小程序，它的基本作用是完成硬件設(shè)備的初始化，建立內(nèi)存空間的映射圖，最后將操作系統(tǒng)內(nèi)核。目前比較成熟的bootloader:除此之外還具有網(wǎng)絡(luò)功能、從PC上通過(guò)串口或網(wǎng)絡(luò)下載下載文件、燒寫文件、將Flash上壓縮的文件解壓后再運(yùn)行等功能

89、。對(duì)于ARM體</p><p>　　系結(jié)構(gòu)的處理器，上電后處理器從地址0x00000000開(kāi)始執(zhí)行第一條指令，所以</p><p>　　需要把存儲(chǔ)器中Bootloader的地址映射到0x00000000，這樣ARM上電后Bootloader就開(kāi)始執(zhí)行。Bootloader的啟動(dòng)過(guò)程可以分為單階段(Singe stage)、多階段(Multi-stage)兩種。多階段啟動(dòng)的Bootloade

90、r通常能夠提供更加強(qiáng)大、更加復(fù)雜的功能以及更好的可移植性。常見(jiàn)的Bootloader的基本上都是兩階段的啟動(dòng)過(guò)程。第一階段的程序代碼均是使用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的作用是完成依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的初始化，并為第二階段程序的執(zhí)行做準(zhǔn)備。第二階段則是通常采用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能，而且代碼具有更好的可讀性和可移植性[26]。</p><p>　　4.2.2 移植linux內(nèi)核</p>&l

91、t;p>　　Linux內(nèi)核是整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心，Linux內(nèi)核的移植對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等都有著重要的影響。目前市場(chǎng)上主流的Linux內(nèi)核逐步轉(zhuǎn)向2.6版本，因此本系統(tǒng)選用的Linux內(nèi)核版本是Linux-2.6.22.6 。Linux的啟動(dòng)過(guò)程可以分為兩部分:與硬件相關(guān)的引導(dǎo)階段和后續(xù)的通用啟動(dòng)過(guò)程。不同架構(gòu)上Linux的啟動(dòng)過(guò)程稍有不同，在ARM架構(gòu)處理器上的啟動(dòng)過(guò)程如圖4-1所示。引導(dǎo)階段通常使用匯編語(yǔ)言編寫，它首先檢查內(nèi)核是否支

92、持當(dāng)前架構(gòu)的處理器，然后檢查是否支持當(dāng)前開(kāi)發(fā)板。在檢查通過(guò)后，為調(diào)用下一階段的start kernel函數(shù)做準(zhǔn)備。主要有兩個(gè)步驟:</p><p>　　(1)連接內(nèi)核時(shí)使用的虛擬地址，所以要設(shè)置頁(yè)表、使能MMU。</p><p>　　(2)調(diào)用C函數(shù)start kernel之前的常規(guī)工作，包括復(fù)制數(shù)據(jù)段、清楚數(shù)據(jù)段、清楚BSS段、調(diào)用start kernel函數(shù)。</p>&

93、lt;p>　　第二階段的關(guān)鍵代碼主要使用C語(yǔ)言編寫，它進(jìn)行內(nèi)核初始化的全部工作，最后調(diào)用rest init函數(shù)啟動(dòng)init過(guò)程，創(chuàng)建系統(tǒng)第一個(gè)進(jìn)程:init進(jìn)程。</p><p>　　在分析Linux在ARM架構(gòu)處理器上的啟動(dòng)過(guò)程后，下面來(lái)給出Linux內(nèi)核在本系統(tǒng)使用的S3C2440上實(shí)現(xiàn)移植的過(guò)程。登錄Linux內(nèi)核官方網(wǎng)站(http://www.kernel.org/ )下載Linux內(nèi)核源碼壓縮包。

94、解壓后即可得到Linux內(nèi)核源碼，執(zhí)行如下命令即可:</p><p>　　$ tar xjf linux-2.6.22.6.tar.bz2 //執(zhí)行完畢后即可得到文件夾Linux-2.6.22.6 0對(duì)于ARM架構(gòu)的嵌入式微處理器，與其體系相關(guān)的代碼在Linux內(nèi)核源碼包的子目錄arch/arm/目錄下，Linux內(nèi)核的移植工作主要就是修改這個(gè)目錄下的文件。移植的主要步驟如下：</p><p&

95、gt;　　(1)首先修改頂層Makefile，配置、編譯內(nèi)核以確定所下載的內(nèi)核源碼包可以被正確的編譯。如下所示:</p><p>　　將185 ARCH ?=$(SUBARCH) //185為代碼行號(hào)，下同</p><p>　　186 CROSS＿COMPILE ？=</p><p>　　修改為:185 ARCH ?=arm</p><

96、p>　　186 CROSS COMPILE ?=arm-linux</p><p>　　然后執(zhí)行make命令配置內(nèi)核:</p><p>　　make smdk2410_ defconfig //smdk2410_ defconfig位于arch/arm/configs/目錄下。最后執(zhí)行make uImage編譯內(nèi)核，即可在頂層目錄中生成內(nèi)核映像文件vmlinux，還可以在ar

97、ch/arm/boot/目錄中生成U-Boot格式的內(nèi)核映像文件uImage o至此，就可以通過(guò)前面已經(jīng)移植的U-Boot來(lái)測(cè)試剛剛生成的內(nèi)核映像文件是否正確。測(cè)試通過(guò)后，即可向下進(jìn)行移植工作了。</p><p>　　(2)修改內(nèi)核。在本系統(tǒng)移植過(guò)程中對(duì)內(nèi)核代碼的修改主要是修改系統(tǒng)晶振頻率，使之與本系統(tǒng)所使用的晶振頻率相符。需要修改的文件為:</p><p>　　arch/arm/mach

98、-s3 c2440/mach-s3 c2440.c 。</p><p>　　將:s3c24xx一nit clocks(16934400);</p><p>　　修改為:s3c24xx_init clocks(1200000);</p><p>　　(3)修改MTD分區(qū)。</p><p>　　MTD(Memory Technology Devi

99、ce)，即內(nèi)存技術(shù)設(shè)備，是Linux中對(duì)ROM, NOR Flash, NAND Flash等存儲(chǔ)器設(shè)備抽象出來(lái)的一個(gè)設(shè)備層，它向上提供統(tǒng)一的訪問(wèn)接口:讀、寫、擦除等;屏蔽了底層硬件的操作、各類存儲(chǔ)設(shè)備的差異。需要修改的文件為:arch/arm/plat-s3 c24xx/common-smdk.c,主要修改的是該文件中的smdk一 default nand_part數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)中對(duì)NANDFlash的戈d分為:前2MB用于存放Li

100、nux內(nèi)核，剩下的空間用來(lái)存放、'AFFS文件系統(tǒng)。修改后的smdk_ default nand_part結(jié)構(gòu)如下:</p><p>　　static struct mtd-partition smdk default nand-part[]={</p><p><b>　　[0]={</b></p><p>　　.name="

101、;kernel"</p><p>　　.size="SIZE 2M"</p><p>　　.offset=0,</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　[1]={</b></p><p>　　.name=nYa}S&q

102、uot;</p><p>　　.offset=MTDPART OFS APPEND</p><p>　　.size=MTDPART SIZ FULL</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　MTDPART OFS A

103、PPEND表示當(dāng)前分區(qū)緊接著上一個(gè)分區(qū)，MTDPART SIZ FULL表示當(dāng)前分區(qū)的大小為剩余的Flash空間。</p><p>　　(4)配置Linux內(nèi)核。</p><p>　　在修改內(nèi)核的配置文件后，就可以直接使用“makemenuconfig”命令來(lái)配置內(nèi)核了。在配置本系統(tǒng)要使用的內(nèi)核時(shí)，主要要選擇如下幾項(xiàng):</p><p>　　選擇System type

104、--S3C2440 Machines。選定系統(tǒng)所用CPU類型。</p><p>　　選擇Multimedia devices--Video for Linux。此項(xiàng)為Video4Linux編程接口函數(shù)提供支持。</p><p>　　選擇USB Support, OHCI, UHCI。這幾項(xiàng)為USB控制器提供支持。</p><p>　　選擇Network device

105、 support-}PPP(point-to-point protocol) support此項(xiàng)為GPRS傳輸提供支持。</p><p>　　選擇USB Multimedia devices一USB SPCASXX Sunplus Vimicro SonixCameras。此項(xiàng)為中星微系列的USB攝像頭提供了驅(qū)動(dòng)。其提供了基本的I/O操作接口函數(shù)open, close, read, write的實(shí)現(xiàn)、對(duì)終端的處理

106、實(shí)現(xiàn)、內(nèi)存映射功能以及對(duì)I/O通道的控制接口函數(shù)等另外還有與LCD, UART接口設(shè)備等項(xiàng)。</p><p><b>　　(5)編譯內(nèi)核</b></p><p>　　在Linux內(nèi)核配置完畢后，就可以使用命令“make uImage” 新編譯內(nèi)核，生產(chǎn)內(nèi)核映像后，下載至系統(tǒng)NAND Flash中即可。</p><p>　　4.2.3 移植YAF

107、FS2文件系統(tǒng)</p><p>　　YAFFS(yet another flash file system)專門為NAND Flash設(shè)計(jì)的嵌入式文件系統(tǒng)，適用于大容量的存儲(chǔ)設(shè)備。它是一種日志結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)，提供了損耗平衡和掉電保護(hù)，可以有效地避免意外掉電對(duì)文件系統(tǒng)一致性和完整性的影響。YAFFS采用一種多策略混合的垃圾回收算法，結(jié)合了談心策略的高效性和隨機(jī)選擇的平均性，達(dá)到了兼顧損耗平均和系統(tǒng)開(kāi)銷的目的。目前Y